基于单片机的输液监护器设计毕业设计(论文).doc

基于单片机的输液监护器的设计 毕业设计毕业设计 基于单片机的输液监护器的设计 摘 要 针对目前我国大部分医院在对病人进行静脉输液治疗是医护人员监护任务繁重的问 题，设计了一套面向所有大中小医院和诊所的医院输液监控系统。本系统以 PC 为上位机 作为整个系统的控制监控中心，用单片机 AT89C51 为核心作为下位机通过光电传感器对 吊瓶的液位进行检测及报警，并对滴速进行精确地检测与控制。上位机与下位机用 RS485 总线进行串行通信，能够使医护人员实时了解输液状态。论述了该系统的检测原理、总 体结构、主要功能部件设计和软硬件系统的组成。该系统低功耗、成本低、性能稳定、 便于携带、实用性强。 关键词：输液监控、AT89C51、串行通信 基于单片机的输液监护器的设计 SCM TRANSFUSION MONITOR ABSTRACT Aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system .It is faced to all the hospitals and clinic. This system take the PC as its master machine. The PC is the controler of the whole system. Take the single chip AT89C51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle. It can examine and control the speed of lose a liquid accurately. PC communicate with single chip by the total line of RS485.It can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid. Discussed the constituting of examination principle, total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system. The system is low achievement consumes, low cost and stable function and easy to take, the function is strong. KEYWORDS Supervision of transfusion;AT89C51; signal communication 目 录 基于单片机的输液监护器的设计 1 输液监护器的总体设计 1 1.1 系统的构成 1 1.2 系统框图及工作原理 1 2 输液监护器的设计方案及论证 3 2.1 电动机系统方案的选择 3 2.2 数据采集方案的选择 3 2.3 键盘方案的选择 4 2.4 点滴速度计算方案选择 4 2.5 传输方式的选择 4 3 输液监护器的硬件设计 5 3.1 单片机的选用 6 3.1.1 现有主流单片机的概述 6 3.1.2 单片机的选用 6 3.1.3 单片机 I/O 口管脚分配 10 3.2 执行机构 10 3.2.1 步进电动机概述 10 3.2.2 步进电机控制原理 11 3.3 数据采集模块及工作原理 12 3.3.1 红外发光二极管和光敏三极管 14 3.3.2 红外发光二极管主要参数 14 3.3.3 光敏三极管的主要参数 14 3.4 电源模块 15 3.5 声报警模块 15 基于单片机的输液监护器的设计 3.6 复位电路 16 3.7 显示模块 16 3.7.1 LED 显示器的结构 16 3.7.2 LED 显示器的显示方法 18 3.7.3 7 段译码器 CD4511 18 3.7.4 显示模块电路设计 20 3.8 键控模块 21 3.9 通信模块 22 3.9.1 nRF905nRF905 芯片结构、引脚介绍及工作模式 22 3.9.2通信协议 27 4 输液监护器的软件设计 28 4.1检测程序 28 4.2 电机控制子程序 31 4.3 显示子程序 33 4.4 键盘程序 34 5 试验及结果分析 38 5.1 试验过程 38 5.2 测试结果分析 39 6 输液监护器的抗干扰措施 40 6.1 单片机抗干扰的概述 40 6.2 输液监护器的抗干扰措施 40 7 结论 41 8致谢 42 基于单片机的输液监护器的设计 9参考文献 43 附录 44 基于单片机的输液监护器的设计 1 1 输液监护器的总体设计 1.1 系统的构成 该监控系统由主从站两大部分组成，其框图如图 1.1： 图 1.1 主从站结构框图 1）主站（监控中心）由 PC 机作为上位机，采用巡回查询的方式与从站进行通信， 收集从站的实时信息，并进行显示及报警。 2）从站以 AT89C51 单片机为中心，完成对某一具体输液远程控制过程的监控。 1.2 系统框图及工作原理 系统总体结构框图如图 1.2 所示 晶振电路 复位电路 键盘输入 AT89C51 显示装置 报警装置 控制电机 电源电路 nRF 905 nRF 905 AT89C51 MAX232 监控 电脑 图 1.2 系统的结构框图 输液监控系统以 AT89C51 单片机为中心，单片机需要电源电路，复位电路，振荡电 基于单片机的输液监护器的设计 2 路来保证其正常工作。默认速度设定值为 60 滴/min，可以通过键盘来修改设定值。采集 装置通过光电开关传感器对速度进行检测，并以电信号的形式传给单片机，经运算，分 析，处理后单片机将数据传送给 LED 显示模块，实现输液速度的显示。通过对设定值和 实际值的比较来控制电动机的正，反转，从而带动输液器上的控制齿轮上升下降，达到 控制输液速度的目的。另外，当采集装置通过光电开关传感器检测到速度值过高或过低 时，直接启动声报警装置。若声报警持续一分钟后无人复位，则由单片机发出信号控制 电动机，使输液器上的小齿轮处于无液滴滴出状态，这样可以大大提高输液的安全性。 基于单片机的输液监护器的设计 3 2 输液监护器的设计方案及论证 2.1 电动机系统方案的选择 方案一 采用单片机和 A/D 转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以 考虑达林管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状 态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变 点滴高度的要求，缺点是控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延 长了控制的时间，并且步距角为，满足不了控制误差范围为设定值滴的要求。 901%10 方案二 用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不在需要数/模转换；具有 快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低到，延时短，定位准5 . 7 确，精度高，可操作性强。 综合考虑题目要求，一方面调节的步长尽可能的小，定位要好；另一方面如果停止 信号到来，滑轮能够快速停止。 通过对比，利用步进电机可以自如控制输液器上的手动滑轮，完全满足题目的要求， 因此采用方案二。 2.2 数据采集方案的选择 数据采集一般可以采用以下几种方案： 方案一使用发光二极管和光敏三极管组合。 方案二使用红外发光二极管和接受管组合。 方案三利用激光。 通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，故采用方案二来完成数据采集。由于红 外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具有以下优点：尺寸 小、质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。 当然红外光也有一定的缺点，如大气、潮湿的天气、雾和云对它有衰减作用，所以 只适用于室内通信。在现代生活中，人们为了更方便的使用红外光这种有效的媒质，利 用红外光做出了很多器件，发射式光电检测器就是其中的一种器件，它具体积小、灵敏 度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离 传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。 基于单片机的输液监护器的设计 4 2.3 键盘方案的选择 方案一 采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时 可降低占用单片机的 I/O 口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。 方案二 采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线,每个 I/O 口的工 作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。 综合考虑两种方案及题目要求，方案二需要 3 个 I/O 口，由于系统资源足够用，故采 用方案二。 2.4 点滴速度计算方案选择 在一定时间内点滴的滴数（即点滴的速度）是单片机通过红外传感器测得的脉冲信号 计数获得的，但怎样计算点滴速度以满足在 3 分钟内实现电机对点滴速度的控制是必须 考虑的问题 方案一 根据一定时间 T（如 30 秒）内滴下的点滴的滴数 n 计算点滴的速，计算公 式为：（滴/分） 。根据此方案，若选取的计数时间 T 较短，以 10 秒为例，如检 T n v 60 测系统误差为 1 滴，则算得的速度误差为 6 滴，此时假设点滴的实际速度为 30 滴/分， 而计算速度为 36 滴/分，误差为 30%，大于题目要求的误差范围 10%1 滴。若选取的时 间计数 T 较长，则系统达到稳定的时间太长。 方案二 根据一定滴数 N 滴下所经过的时间 t 计算点滴的速度，计算公式为 （滴/分） 。此方案的误差与系统计算的时间精度有关，通过调整计算的时间精度 t N v 60 可以改进计算误差，达到题目所要求的误差范围。 通过比较论证，作者选用方案二。 2.5 传输方式的选择 方案一：采用 USB 接口，USB 接口属于有线传输方式，数据传输的可靠性高，但不便 于扩展。 方案二：采用无线通信方式。无线通信便于扩展，使用更便利，适用于大容量的情 况。 通过比较，考虑到医用输液器的情况，选用了 nRF905 多段单片高速无线收发芯片。 基于单片机的输液监护器的设计 5 3 输液监护器的硬件设计 系统总电路图如图 3.1 V C C 复 位 加键 减键 报警 30 29 23 22 24 25 26 27 28 40 39 33 32 34 35 36 37 38 31 1 2 8 9 7 6 5 4 3 10 11 12 18 19 17 16 15 14 13 20 P1.0 P1.1 P1.7 RST P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P3.0 P3.1 P3.7 XTAL2 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 XTAL1 GND TXD RXD INT0 INT1 WR T1 T0 RD P2.7 P2.6 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P0.0 P0.1 P0.7 EA/VPP P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 ALE/PROG PSEN VCC AT89C51 21 SPEAKER +5 V NP N 数据 采集 装置 驱 动 电 路 步 进 电 动 机 n R F 9 0 5 12MH Z 30 pF 30pF 显显 示示 模模 块块 驱驱 动动 电电 路路 图 3.1 系统的电路图 输液监护器以AT89C51单片机为核心，由显示电路、传感器检测电路、限速报警电路， 键盘电路等部分组成。传感器检测电路发出微弱的电信号，经过信号调理电路的放大整 形处理，转变成单片机能够接收的电信号，通过单片机的定时计数控制，经过数据的计 算处理送液晶显示模块显示，实时显示当前速度。通过按键选择功能设定液体点滴速度 的极限 速度，当液体点滴速度超过所设定的极限速度时限速报警电路发出报警信号，提示医护 人员目前的输液状况异常。 基于单片机的输液监护器的设计 6 3.1 单片机的选用 3.1.1 现有主流单片机的概述 MCS51 系列单片机是 INTEL 公司在 20 世纪 80 年代初研制的，很快就在全世界得到 广泛的推广应用。MCS51 无论是在教学，工业控制，仪器仪表，信息通信，还是在交通， 航运，家用电器领域，都取得大量的应用成果。INTEL 公司虽然已经把精力集中在计算机 的 CPU 生产上，但是，以 MCS51 技术核心为主导的微控制器技术以被 ATMEL，PHILIPS 等公司继承，并在原有的基础上又进行了新的开发，从而产生了和 MCS51 兼容而功能 更加强劲的控制器系列。ATMEL 公司所生产的 89 系列单片机就是基于 INTEL 公司的 MCS51 系列而研制的并与 MCS51 兼容的微控制器系列。 ATMEL 公司是美国在 20 世纪 80 年代中期成立并发展起来的半导体公司，该公司的技 术优势在于 FLASH 存储器技术和高质量高可靠性的生产技术。随着业务的发展。20 世纪 90 年代，ATMEL 成为全球最大的 EEPROM 供应商，1994 年为了介入单片机市场，ATMEL 公 司以 EEPROM 技术与 INTEL 的 80C31 单片机核心技术进行交换，从而取得 80C31 核的使用 权。ATMEL 把自身先进的 FLASH 存储技术和 80C31 核相结合，从而生产出了 FLASH 单片机 AT89C51 系列。这是一种内部含有 FLASH 存储器的特殊单片机。由于它内部含有大量的 FLASH 存储器，所以，在产品开发及生产便携式产品，手提式仪器等方面有着十分广泛的 应用，也是目前取代传统的 MCS51 系列单片机的主流单片机之一。 3.1.2 单片机的选用 单片机作为系统的主控制单元，它控制所有的输入输出。监控系统是一个单片机最 小应用系统，系统中有一些功能无法集成到芯片内部，如晶振，复位电路等，需在片外 加相应的辅助电路。对于片内无 ROM 的单片机，还应该配置片外程序存储器。这里选用 的是 ATMEL 公司的 AT89C2051 和 AT89C51，都带内置 ROM，只需加电源，震荡电路，复位 电路等。单片机最小应用系统如图 3.2 所示 基于单片机的输液监护器的设计 7 图 3.2 单片机最小应用系统 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机，其指令集和传统的 51 单片 机指令集是一样的。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1 AT89C51 主要性能： （1） 与 MCS-51 兼容 （2） 4K 字节可编程 FLASH 存储器(寿命：1000 写/擦循环) （3） 全静态工作：0Hz-24KHz （4） 三级程序存储器保密锁定 （5） 128*8 位内部 RAM （6） 32 条可编程 I/O 线 （7） 两个 16 位定时器/计数器 （8） 6 个中断源 （9） 可编程串行通道 基于单片机的输液监护器的设计 8 （10）低功耗的闲置和掉电模式 （11）片内振荡器和时钟电路 2 AT89C51 管脚图： AT89C51 管脚图如图 3.3 1 2 8 9 7 6 5 4 3 10 11 12 18 19 17 16 15 14 13 20 30 29 23 22 24 25 26 27 28 21 40 39 33 32 34 35 36 37 38 31 P1.0 P1.1 P1.7 RST P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P3.0 P3.1 P3.7 XTAL2 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P2.7 P2.6 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P0.0 P0.1 P0.7 EA/VPP P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 XTAL1 GND ALE/PROG PSEN TXD RXD INT0 INT1 WR T1 T0 RD AT89C51 3 AT89C51 引脚功能 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的 管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定 义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验 时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低 电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第 图 3.3 AT89C51 管脚图 基于单片机的输液监护器的设计 9 八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因 此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口 当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和 控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下 拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 4 芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚 处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字 节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件 可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断 系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功 能，直到下一个硬件复位为止 基于单片机的输液监护器的设计 10 3.1.3 单片机 I/O 口管脚分配 由单片机外部接线可知，I/O 口管脚分配情况如下： P1.0 与报警装置相连，当输液出现异常或报警键被按下时，P1.0 口会有一个高电平， 驱动报警装置。 P1.1 是加健按钮的输入，当检测到加键被按下，P1.1 输入一个低电平，设定值加一。 P1.2 是减健按钮的输入，当检测到减键被按下，P1.2 输入一个低电平，设定值加一。 P1.3 是加健按钮的输入，当检测报警键被按下，P1.3 输入一个低电平，给 P1.0 一 个高电平，触发报警装置。 P1.4P1.6 为步进电动机的脉冲输入端，通过轮流置一来控制电动机的旋转和转向。 P1.7 为数据采集端口，当有脉冲经过时，就会给 P1.7 一个高电平信号，从而进行脉 冲计数，计算流速。 P3 口是与上位机的通信端口 P0.0P0.5 是显示器的位控制端口 P2.0P2.3 是显示数据的输出口 3.2 执行机构 本设计的执行机构采用的是步进电机。单片机控制步进电动机，主要任务是： 按相 序输入脉冲以实现电机转动方向控制。每输入一个脉冲电机沿选择方向前进一步，每前 进一步电机转动一个固定角度。从这个意义上讲，电机也是一个数字/角度转换器。 3.2.1 步进电动机概述 步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种 特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状 态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定 的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同 步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转 角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持 基于单片机的输液监护器的设计 11 原有位置处于定位状态。 在电动机定子上有 A、B、C 三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为 A 相、B 相和 C 相， 而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通 以直流电，就会产生磁场，当 A、B、C 三个磁极的线圈依次轮流通电，则 A、B、C 三对 磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。定子各相轮流通电一次转子转过一个齿。这样 按 ABCABCA次序轮流通电，步进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转。 如果把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成 ACBACB的顺序，则步 进电动机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机的旋转方向可以在任何一相通电 时进行。 步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为 机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人 类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化 等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动 机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。 3.2.2 步进电机控制原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进 电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机 （简称 VR）、永磁式步进电机（简称 PM）和混合式步进电机（简称 HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的， 即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机 的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通 电顺序为 A-B-CA,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C,A 相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就 反转。 (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两 个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进 基于单片机的输液监护器的设计 12 电机进行调速。 表 3.1步进电机控制原理 r 方式 步序 控制位 通电绕组 控制字 三 相 单 三 拍 式 1 步 2 步 3 步 P1.6 P1.5 P1.4 C 相 B 相 A 相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A 相 B 相 C 相 01H 02H 03H 根据上表，单三拍相序为 ABCA 时电机正转，反之 A2 最大正向电流(mA) 50 发光峰值波长(nm) 940 正向压降(v) 1.5 半峰宽度(A) 400 反向电流(A) 50 结电容(pf) 100 反向耐压(v) 5 截止频率(mHZ) 1 3.3.3 光敏三极管的主要参数 硅光敏三极管用于近红外光探测器，以及光耦合，特性识别，过程控制等方面。用 陶瓷底座环氧封装，下表列出了硅光敏三极管的主要性能参数，根据性能参数进行液体 点滴速度检测电路的设计。 表 3.3光敏三极管的主要参数 参数符号额定值 工作温度() Topr-65 +125 存储温度() Tstg-65 +150 集射极击穿电压(v) Vceo45 集电极基极击穿电压(v) Vcbo45 基于单片机的输液监护器的设计 15 发射极基极击穿电压(v) Vebo5 功率损耗(mW) Pd300 集电极电流(mA) Ic1.0 饱和电压(v) Vce0.4 峰值波长(nm) 940 开启时间(µs) Ton8 切断时间(µs) Toff7 3.4 电源模块 监控系统采用电池供电，可满足室内走动的需要。为保证输液正常工作，电源电路 中还配有电池电量检测装置，在电池电量比较低，可能会影响到输液正常工作的情况下 及时报警，提醒更换电池。由于单片机和显示器都需要 5V 左右电源，而 nRF905 需要 3.6V 电源，所以这里在做电路板时采用留插槽的方式，提供 5V 电源，然后通过 DCDC 芯片 MRCLD33B 得到 3.6V 电源。 与监控电脑相连接的电路由电脑供电。单片机和 RS-232C 接口需要 5V 电源，而 nRF905 需要 3.6V 电源，所以也要通过芯片 MRCLD33B 得到 3.6V 电源。 3.5 声报警模块 报警电路如图 3.8 所示，直接接在单片机的 P1.0 脚，在输液前，根据病人情况设定 输液速度，当点滴的速度低于 20 滴/分或高于 150 滴/分时，单片机发出信号使 P1.0 出现 高电平，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。如有人按报警按钮，I/O 口也会输出高 电平，触发蜂鸣器报警，提醒医护人员和受液人采取相应措施，避免危险事故发生。如 10 秒后仍然无人处理，则关闭输液器。保证病人安全。 +5V I/O口 NPN SPEAK ER 图 3.8 报警电路 基于单片机的输液监护器的设计 16 3.6 复位电路 此系统采取的是手动复位，按下复位按钮，在 RST 端就会产生高电位，持续 2 个机 械周期，系统就会复位。电路图如图 3.9： R2 R1 +5V C RST 89C51 图 3.9 复位电路 3.7 显示模块 在单片机应用系统中，通常都要有人机对话功能。它包括人对应用系统的状态干预 和数据输入以及应用系统向人报告运行和运行结果。显示模块就是单片机向人汇报运行 情况的工具。 在单片机系统中,常用的显示器有: （1）发光二极管显示器,简称 LED(Light Emitting Diode); （2）液晶显示器,简称 LCD(Liquid Crystal Display); （3）荧光管显示器，简称 CRT。近年来也开始使用简易的 CRT 接口,显示一些汉字及 图形。 LED 就能满足显示的要求，所以本设计采取 LED 显示 3.7.1 LED 显示器的结构 LED 显示器是单片机应用系统中常用的价廉输出设备。它是由若干个发光二极管组成 的,当发光二极管导通时,相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通,就 能显示出各种字符。 LED 数码管的外形如图 3.10 所示： 基于单片机的输液监护器的设计 17 图 3.10 LED 外形 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器,阴极连在一起的称为共阴极显示器。 结构图如图 3.11(a),(b)所示 ef d cbag ef d cbag (a) 共阳极接法 (b)共阴极接法 图 3.11 LED 显示器接法 对于共阴极 LED,欲点亮的段在字节中所处的位为“1”,对于共阳极 LED,欲点亮的段 在字节中所处的位为“0” ，本设计采取的是共阴极接法。 表 3.4 LED 共阴/共阳段选编码表 显示字符共阴极字型码 共阳极字型码 显示字符共阴极字型码 共阳极字型码 03FHC0 C39HC6H 106HF9HD5EHA1H 25BHA4HE79H86H 34FHB0HF71H8EH 466H99HP73H8CH 56DH92HU3EHC1H 67DH82HI31HCEH 707HF8HY6EH91H 87FH80HH76H89H 96FH90HL38HC7H 基于单片机的输液监护器的设计 18 A 77H88H 空格 00HFFH B7CH83H 3.7.2 LED 显示器的显示方法 LED 显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，本设计采取的是动态显示， （1）LED 静态显示方式 所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或 截止，例如七段显示器的 a,b,c,d,e,f 导通，g 截止，显示 0。这种显示方式每一位都需 要有一个位输出口控制。 （2）LED 动态显示方式 扫描显示方式,即在某一时刻,只让某一位的位选线处于选通状态,而其它各位的位选 线处于关闭状态,同时,段选线上输出相应位要显示字符的字型码,这样同一时刻,4 位 LED 中只有选通的那一位显示出字符,而其它三位则是熄灭的。 由于人眼有视觉暂留现象,只要每位显示间隔足够短,则可造成多位同时亮的假象,达 到显示的目的。本设计采取的是动态显示。 3.7.3 7 段译码器 CD4511 CD4511 是七段码十六进制锁存译码驱动芯片，它能将四位二进制数编码转换位七段 LED 显示器的字段码，同时具有锁存和驱动能力。CD4511 管脚配置如图 3.12 所示： Vss 1 5 4 3 2 6 10 9 8 7 15 11 12 13 14 16 LE D A B C LT BI e d c b a g f Vdd CD4511 图 3.12 CD4511 管脚图 A，B，C，D BCD 码输入端 LE锁存允许端，当 LE=0 时，4 位 BCD 码进入锁存器，当 LE=1 时，输入的数据 被锁存，其逻辑图如图 3.13 所示： 基于单片机的输液监护器的设计 19 /LT 和/BI 的功能如表 3.5 所示，ag 的七段码输出端。 锁 存 器 译 码 器 驱 动 器 A C B D e d c b a g f 5 4 3 图 3.13 CD4511 逻辑图 表 3.5 CD4511 真值表 输入输出 LE/BI/LTD C B Aa b c d e f g 显示 * * 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * * * * * * * * 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 . . 基于单片机的输液监护器的设计 20 3.7.4 显示模块电路设计 电路图如图 3.14 所示，显示模块有六位数码管组成，七段译码器 CD4511 作为数码 管的驱动器。P0.0P0.5 作为六位数码管的位选信号，接在 CD4511 锁存允许端 LE，当 P0.0P0.5 某位为低信号时，当 LE=0 时，控制相应的 CD4511 工作，4 位 BCD 码进入锁存 器，从而显示相应数字。 30 29 23 22 24 25